[發明專利]鈉離子電池正極材料前驅體及其制備方法、鈉離子電池正極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202210867585.1
• 申請日: 2022-07-21
• 公開（公告）號: CN115072805A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 李云峰;楊華春;齊振君;羅傳軍;周陽;陳騰飛;任小磊;徐慧芳;張雷;周曉飛;郭玉玥;段華玲
• 申請（專利權）人: 多氟多新材料股份有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

本發明提供了一種鈉離子電池正極材料前驅體，所述鈉離子電池正極材料前驅體的化學式為Ni_aMn_bFe_cTm_1?a?b?c(OH)₂；其中，0.30≤a+b＜0.80，0＜c＜0.40，0≤1?a?b?c＜0.30；所述Tm選自Mg、Zn、Co、Cu、Ti、Al、Sn、Mg、Ca、Zr與Cr中一種或多種；所述鈉離子電池正極材料前驅體為片狀結構交叉相連組成的球狀顆粒。與現有技術相比，本發明提供的鈉離子電池正極材料前驅體具有疏松多孔的結構，粒度均一性較好，其制備得到的鈉離子電池正極材料組裝電池具有較高的比電容、首周庫倫效率及循環穩定性，且安全性能好。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，尤其涉及一種鈉離子電池正極材料前驅體及其制備方法、鈉離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

近年來，世界各國都在加速發展可再生能源與新能源汽車產業，以應對日益嚴重的能源危機以及環境問題。在這一進程中，具有高靈活性、低成本和環境友好優勢的以可充電電池為代表的電化學儲能技術發揮了至關重要的作用。其中，具有高能量密度、長使用壽命的鋰離子電池在儲能和新能源汽車中得到了廣泛的應用。然而，有限的鋰資源(在地殼中的豐度僅占0.0065％)制約了鋰離子電池的大規模應用。因此，具有低成本、高安全性和可持續性優勢的鈉離子電池可以在足大規模儲能以及低速電動車等領域發揮重要作用。

在諸多鈉離子正極材料中，具有較高能量密度層狀過渡金屬氧化物NaTmO₂(Tm為過渡元素中的一種或幾種)正極材料受到了業界關注，包括NaMnO₂、NaFeO₂、NaNiO₂、NaTiO₂、NaCrO₂、NaVO₂等一元正極材料已被廣泛研究。不同于一元正極材料優勢與劣勢都相對突出，多元金屬氧化物正極材料能發揮不同金屬元素的協同作用，整體改善鈉離子電池性能，降低成本，增強競爭力。

目前，多元層狀過渡金屬氧化物正極材料通常是使用氫氧化物共沉淀法先合成前驅體，然后與鈉源混合進行高溫固相合成。然而，在共沉淀過程中鐵離子、銅離子、鋁離子等金屬離子與氨水絡合作用較弱，成核速率過快，導致合成的前驅體均一性較差，粒度較小，嚴重影響了多元層狀過渡金屬氧化物正極材料。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種鈉離子電池正極材料前驅體及其制備方法、鈉離子電池正極材料的制備方法，該制備方法可控制前驅體形貌、粒度和均一性較高，且的搭配的鈉離子正極材料具有高能量密度、長循環壽命和低成本的優點。

本發明提供了一種鈉離子電池正極材料前驅體，所述鈉離子電池正極材料前驅體的化學式為Ni_aMn_bFe_cTm_1-a-b-c(OH)₂；

其中，0.30≤a+b＜0.80，0＜c＜0.40，0≤1-a-b-c＜0.30；所述Tm選自Mg、Zn、Co、Cu、Ti、Al、Sn、Mg、Ca、Zr與Cr中的一種或多種。

優選的，所述鈉離子電池正極材料前驅體為片狀結構交叉相連組成的球狀顆粒；所述鈉離子電池正極材料前驅體的片狀結構內核為鎳錳氫氧化物；所述內核外包裹有氫氧化鐵；或者所述內核外依次包裹有氫氧化鐵與Tm氫氧化物。

優選的，所述鈉離子電池正極材料前驅體的D50為4～10μm；所述鈉離子電池正極材料前驅體的振實密度為0.9～1.4g/cm³。

本發明還提供了一種上述鈉離子電池正極材料前驅體的制備方法，包括：

S1)將絡合劑與沉淀劑混合作為底液；